憑藉802.11be標準 （亦稱Wi-Fi 7）， Wi-Fi 進入極速(Plaid)模式！  顧名思義，IEEE 802.11be”極高吞吐量”（EHT） 標準的主要目標是讓下一代Wi-Fi 7設備實現超快的數據速率。 IEEE 的專案授權u要求 ^[1]（PAR） 檔設定了令人印象深刻的目標，計劃支援至少 30 Gbps 的最大吞吐量，同時改善最壞情況下的延遲和抖動。 這些性能目標旨在滿足高解析度影片、工業自動化、沉浸式體驗和遊戲等下一代應用的需求。 為推動這一 WLAN 演進（革新）並解決未來的創新用例需求，802.11be 標準將採用經過關鍵升級並搭載全新功能（例如通道寬度加倍、調變提升）的物理層 （PHY）。

在本博客中，我們將探討推動下一代 Wi-Fi 發展的主要應用及其性能要求，以及滿足 802.11be 標準設定的目標性能所需的關鍵 PHY 更改。

更高的速度需求從何而來？

有人可能會問， Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 高性能存取點和客戶端裝置不是才剛剛推出，為什麼還要追求更高的性能？ 雖然現有標準已具備很高的性能，但可以預見的是，到 Wi-Fi 7 成熟時，擴展現實 （XR） 領域的新興應用將會對吞吐量有更高的需求。 增強現實、混合現實和虛擬實境的用例均可納入 XR 範疇，其應用範圍涵蓋遊戲、工業、醫療保健和企業建設等多種領域。 對於這些新應用來說，需要高吞吐量的內容呈現，才能確保出色的用戶體驗並提高採用率。 但更重要的是延遲、抖動和可靠性等關鍵性能指標，這些是提升真實感和交互性、保證最佳用戶體驗的關鍵所在。

• 高解析度影片是沉浸式用戶體驗不可或缺的一環。 如今的 4K 影片（4096 x 2160 像素）需要 20 到 40 Mbps 的吞吐量，而 8K 影片（7680 x 4320 像素 ，解析度是 4K 影片的四倍）將需要 80 到 100 Mbps 以上的吞吐量。
• 影片解析度並非更高吞吐量的唯一驅動因素，幀速率的提升 （> 90 FPS）、高動態範圍 （HDR）、立體影片（左右眼互相獨立的影片串流）和六自由度 （DoF） 運動等因素也進一步推動了對吞吐量的需求。 據估計，吞吐量需要達到 200 Mbps 至 5 Gbps ^（2），才能提供真正沉浸式的影片體驗。
• 未壓縮/原始影片或輕度壓縮影片對於數據速率的要求甚至更高 （> 30 Gbps），未壓縮或輕度壓縮的內容可減少端點的處理延遲，但代價是傳輸所需的數據速率更高。

圖1： 端到端延遲

• 無論是對於遊戲期間的交互，還是工業機器人的操作或醫療程式等任務關鍵型應用，降低延遲都至關重要。 這類應用需要即時進行數據交換，必須立即提供數據以回應使用者的操作。 系統需要根據具體人體感官的反應時間優化反饋。 例如，為保證用戶舒適度，頭部運動和畫面顯示之間運動的光子（MTP） 延遲應保持在 20 ms 以下 ^（2）。 空中介面的延遲只是端到端延遲的一部分，具體需求取決於應用類型。

Wi-Fi 速度的變化歷程 

IEEE 802.11be 的目標性能是至少 30 Gbps 的吞吐量，這看起來似乎難以企及，但回顧過去 20 年來 Wi-Fi 更新換代的歷程，最引人注目的變化便是最高數據速率的大幅提升。 得益於技術的進步和突破性新功能的不斷湧現，每一代的 Wi-Fi 都能提供比前代更高的性能。

圖2： Wi-Fi 速度演進

當前一代的 Wi-Fi 6 設備基於 802.11ax 標準。 高效率無線標準 （HEW） 802.11ax 始於 2014 年，在研發之初，該標準便旨在提高密集網路的頻譜效率和性能。 這一目標不同於注重提高吞吐量的前幾代 Wi-Fi。 通過在上行鏈路和下行鏈路中應用 OFDMA 和 MU-MIMO 等創新功能，Wi-Fi 6 設備將密集環境中的使用者平均吞吐量提升至 Wi-Fi 5 的 4 倍。

此外，隨著 Wi-Fi 在 6 GHz 頻段的擴展，Wi-Fi 6E 設備現在可以擁有高達 1200 MHz 的非擁塞頻譜。 這些額外的頻譜能夠提供許多新的通道和充足的連續頻譜，為創建 320 MHz 超寬通道提供支援。 因此，802.11be 標準的關注點仍是為 Wi-Fi 使用者提供更高的吞吐量，力求將最高速度提升至 Wi-Fi 6/6E 的 4.8 倍。

圖3： 對2個空間流設備進行Wi-Fi6/6E 和 Wi-Fi 7 的速度對比

Wi-Fi 7 可以通過 16 條空間流和 320 MHz 的最大通道頻寬實現 46 Gbps 的最高鏈路速度。 對於使用 2 條空間流的典型用戶端，單個鏈路上的最高數據速率約為 5.8 Gbps，是同類 802.11ax 用戶端的 2.5 倍。

哪些因素推動了 Wi-Fi 速度的提升?

Wi-Fi 鏈路速度的提升主要來源於 PHY 技術在以下 3 個維度的進步：

• 調變 （QAM）
• 信道大小
• 空間流數量

圖4： Wi-Fi PHY 演進

調變

Wi-Fi 採用正交幅度調製 （QAM） 實現高效的數據編碼。 每一代新的 Wi-Fi 通過為每個符號編碼更多數據位來提高數據速率。 更高階的 QAM 能夠在相同的頻譜範圍下傳輸更多數據位，從而實現更高的效率。

• 802.11ac （Wi-Fi 5） 最高支援 256-QAM，每個符號編碼 8 位數據
• 802.11ax （Wi-Fi 6/6E） 最高支援 1024-QAM，每個符號編碼 10 位數據
• 802.11be 引入了 4096-QAM 調製，每個符號編碼 12 位數據

4096-QAM 的數據速率比 1024-QAM 高 20%。

 通道大小

將Wi-Fi的通道頻寬加倍后，單次傳輸的數據量可以提升將近兩倍。 802.11be 標準定義了 6 GHz 的運行頻段，目前已規劃多達 6 個重疊的 320 MHz 通道。 6 GHz 頻段提供 1200 MHz 的連續頻譜，將通道頻寬從 160 MHz（802.11ax 中的最大頻寬）翻倍至 320 MHz ，相應地，最大吞吐量也翻一倍。 然而，6 GHz 頻段的可用性需要獲得監管部門的批准，而且並非全球所有地區都可以享用相同數量的頻譜。 5 GHz 和 2.4 GHz 頻段不支援 320 MHz 通道，因此只有部分使用者可以訪問此 Wi-Fi 7 功能。

空間流

空間流可通過同時在多個天線上傳輸獨立的數據流來提高系統的吞吐量。 因此，對於具有 8 條空間流的系統，其最大吞吐量是單天線系統的 8 倍。 802.11ax 標準定義的 MIMO 最多支援 8 條空間流，目前某些 AP 晶元組已搭載該功能。 未來的 802.11be 標準最高可支援 16×16 MIMO，因此，與 802.11ax 相比，其最大吞吐量將翻一倍。 由於只有具有相同天線數量的設備之間才能實現理論上的最大吞吐量，用戶端網站的 MIMO 流數量通常限制為 2 路或 3 路。 增加空間流數量也是實現多使用者 MIMO （MU-MIMO） 的要素之一，MU-MIMO 是 802.11be 標準支援的另一項重要功能，能夠提升頻譜效率。

多鏈路操作

多鏈路操作 （MLO） 是 802.11be 標準中定義的一項突破性功能，可作為 Wi-Fi 鏈路速度演進圖中的另一個新維度。

圖5： 802.11be 多鏈路運行

借助共用的 MAC 層和單獨的物理層，Wi-Fi 7 接入點和用戶端網站能夠在多個鏈路上同時執行發送和接收操作。 假設連接到雙無線 MLD 用戶端 （2×2 + 2×2） 的 AP 多鏈路設備 （MLD） 在 6 GHz 頻段中以 320 MHz  通道運行，在 5 GHz 頻段中以 160 MHz 通道運行，則設備可以通過在兩條鏈路上同時傳輸數據來達到高達 8.6 Gbps 的吞吐量，從而降低延遲。 借助智慧流量調度和優先順序設置，MLO 可以優先在具有最佳 RF 條件的鏈路上傳輸數據以減少延遲和抖動，或者在多個鏈路上傳輸相同數據以提高可靠性。

結語

雖然 Wi-Fi 6 和 Wi-Fi 6E 高端設備已足夠滿足當今應用的需求，但可以預見的是，當 Wi-Fi 7 成熟時，消費者、企業和工業領域的新應用將需要具備極高吞吐量、低延遲、低抖動和高可靠性的內容交付。 802.11be 標準旨在滿足這些應用的需求，使 Wi-Fi 7 成為主流的連接技術，為用戶帶來最佳體驗。 Wi-Fi 設備的 RF PHY 性能是釋放 Wi-Fi 7 潛力的重要基礎。

如需瞭解更多資訊，請訪問 IQxel-MX 頁面瞭解 LitePoint 的 802.11be 測試解決方案，或觀看我們的 Wi-Fi 7 網路研討會重播。

參考資料：

1: https://standards.ieee.org/ieee/802.11be/7516/

2: https://www.qualcomm.com/media/documents/files/vr-and-ar-pushing-connectivity-limits.pdf

3: https://www.qualcomm.com/news/onq/2022/02/14/pushing-limits-wi-fi-performance-wi-fi-7